neue anwendungen von magnesium in der organischen synthese i

Det Kgl . Danske Videnskabernes Selskab .
Mathematisk-fysiske Meddelelser . XII, 9.
NEUE ANWENDUNGE N
VON MAGNESIUM IN DE R
ORGANISCHEN SYNTHES E
I. MALONESTERSYNTHESE N
VO N
HAKON LUND, A. UCH HANSE N
UN D
A . F. VOIGT
KØBENHAV N
LLVIN & MÜNKSGAAR D
1933
Printed in Denmark ,
Bianco Lunos Bogtrykkeri AIS.
etallisches Magnesium hat -von der Grignardsynthes e
abgesehen bisher relativ wenige Anwendungen fü r
organisch-synthetische Zwecke gefunden . Als Rediiktionsmittel ist es in einigen, ziemlich speziellen Fällen verwende t
worden, z . B . bei der Darstellung von Pinakonen au s
Ketonen . In dieser Reaktion, besonders bei aromatische n
Ketonen, zeigt das Metall gewisse Ähnlichkeiten mit den
Alkalimetallen . Es ist das Ziel dieser und späterer Abhandlungen, zu untersuchen, wie weit sich diese Alkaliähnlichkeit für Synthesen verwerten lässt . In dieser Abhandlung soll gezeigt werden, dass man bei Anwendung vo n
Magnesium statt Natriums eine Reihe von Malonestersynthesen sehr erfolgreich durchführen kann .
Es ist bekannt e, dass Magnesium - mit Jod aktiviert mit Äthylalkohol unter Wasserstoffentwicklung und Bildun g
von Magnesiumäthylat reagiert . Es wurde nun beobachtet,
dass ein Gemisch von ungefähr gleichen Teilen von absolutem Alkohol und Malonsäureäthylester sich mit aktiviertem Mg sehr lebhaft umsetzt, wobei eine Magnesium Malonesterverbindung entsteht . Bei der Einwirkung vo n
1 Atom Magnesium auf 2 Mol Malonester entsteht ein e
Lösung, die flüssig bleibt, auch wenn aller überschüssiger
Alkohol entfernt ist. Wenn aber 1 Atom Mg auf 1 Mol
`l
'rERENTIEFF, Zeitschr . anorg . allg. Chem . 162, 350 (1927) . - H . LUN D
und J . Baannure, Ber . 64, 210 (1931) .
1*
4
Nr . 9 .
HAKON LUND, A. UcH
HANSEN und A .
F.
VOIGT :
Malonester zur Reaktion gebracht wird, bildet sich ein e
in kaltem Alkohol schwerlösliche, kristallinische Verbindung . Die Kristalle enthalten Kristallalkohol und verwitter n
schnell an der Luft . Feuchtigkeit greift sie sofort an ; aber
auch bei Ausschluss von Feuchtigkeit ist es kaum möglich ,
sie mit scharf definierter Zusammensetzung aufzubewahren .
Die Analyse stimmt annäherungsweise mit der Forme l
MgG(COOC 2H 5) 2 , 2C 2 H 5 OH . Bei 80° wird in kurzer Zei t
1 Mol Alkohol abgegeben ; aber wenn das Trocknen fort gesetzt wird, nimmt das Gewicht fortwährend ab, jedoc h
nicht ohne Zersetzung der Substanz . Das letzte Alkoholmolekül scheint konstitutiv gebunden zu sein, und alle r
Wahrscheinlichkeit nach kommt der Verbindung die Forme l
C 2H 5 OMg •CH(COOC 2 H 5) 2
zu . Die folgenden Tatsache n
sprechen alle zugunsten dieser Formel : Magnesium reagiert,
wie schon MEUNIER 1 gefunden hat, nicht mit Maloneste r
allein . 1 Atom Mg vermag auch mit 1
Mol Isopropyl-
malonester in Alkohol zu reagieren ; hier ist nur 1 Wasserstoffatom substituierbar . Endlich sei bemerkt, dass di e
Existenz des »Dinatriummalonesters« sehr zweifelhaft ist ,
was darauf deutet, dass Malonester nur als einbasisch e
Säure auftreten kann .
Wird unter strengem Ausschluss von Luftfeuchtigkei t
und mit ganz wasserfreien Materialien gearbeitet, setzt di e
Reaktion auch ohne Aktivierung des
Metalles
ein . Ge-
wöhnlich muss man aber eine kleine Jodmenge zusetzen .
Die Reaktion hat eine deutliche Induktionsperiode, dere n
Länge vom Wassergehalt und von der Reinheit der Metalloberfläche abhängt ; frisch gedrehtes Metall reagiert schneller
als käufliche Magnesiumspäne . Das Metall kann jedoch sehr
wohl in Form von »Grignardspänen« verwendet werden .
Compt. rend . 137, 714 (1904) .
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese .
5
Wenn die Induktionsperiode, die einige Minuten bis ein e
Viertelstunde dauern kann, vorüber ist, wird die Reaktio n
recht stürmisch, und es muss, wenn nicht ganz kleine Stoff mengen in Anspruch genommen sind, für effektive Kühlun g
gesorgt werden . Das Bild der Reaktion erinnert stark a n
eine Grignardreaktion .
Die Verbindung G 2 H 5OMg•GH(COOC 2 H 5 ) 2 , Athoxymagnesiummalonester, (im folgenden als MgM bezeichnet )
setzt sich mit Wasser um nach der Gleichung :
MgM + 2H 2 O = Mg(OH) 2 + GH 2 (COOG 2 H 5) 2 + C 2 H 5OH .
Der Gehalt einer Lösung von MgM kann daher leich t
titrimetrisch bestimmt werden .
MEUNIER (loc . cit .) hat die Verbindung in den Hände n
gehabt . Er hat aus
Magnesiumamalgam
und Alkoho l
Magnesiumäthylat dargestellt und Malonester zugefügt .
Mittels Äthyljodid hat er daraus Mono- und Diäthylmalonsäurediäthylester dargestellt . Nach demselben Ver fahren haben W . A . NOYES und KYRIAKIDES 1 aus MgM un d
Äthylenbromid Butantetracarbonester gewonnen . Die direkt e
Darstellung von MgM und ihre Anwendungsmöglichkeite n
scheinen jedoch nicht untersucht zu sein .
Während Magnesiumäthylat und Magnesium-acetessigester in den meisten organischen Lösungsmittel unlöslich
sind, ist MgM in den verschiedensten nicht-polaren Lösungsmitteln sehr leicht löslich, z . B . in Äther, Ligroin, Halogenalkylen, Estern, Benzol, Toluol usw . Diese Eigenschaft
ist von Wichtigkeit für gewisse synthetische Anwendungen ,
wie es unten beschrieben werden soll . In dieser Löslichkeit
sehen wir die Ursache davon, dass die Reaktion zwischen
x
J . Amer. Chem . Soc . 32, 1058 (1910) .
6
Nr . 9 .
HAKON LUND, A . UCH HANSEN und
1 Atom Magnesium und 2
Mol
A. F . VOIGT :
Malonester in Alkoho l
keinen Niederschlag gibt : 1 Mol MgM wird gebildet, abe r
hält sich im zweiten Mol Malonester gelöst . Eine Verbindung
Mg(CH(COOC2H5)2)2
haben wir nicht isolieren
können .
Wenn Natrium in einem Gemisch von Alkohol un d
Malonester gelöst wird, wirkt es auf den Ester tiefergreifen d
ein . Das scheint nicht oder nur im bedeutungslosen Um fange mit Magnesium der Fall zu sein . Die kondensierende n
Eigenschaften des Natriums besitzt Magnesium nicht, un d
bei der Auflösung des Metalles in Alkohol hat es nur äussers t
schwache reducierende Wirkung, z . B . kann es in eine m
Gemisch von Alkohol und Chlormalonester unter Wasserstoffentwicklung ohne nennenswerte Abspaltung von Haloge n
gelöst werden . Wir haben übrigens festgestellt, dass Magnesium und Attylalkohol auch nicht die Reduktionsprozesse, die Magnesium und Methylalkohol nach ZECH MEISTEM bewirken, hervorrufen können .
Ausser mit Malonester vermag Magnesium mit eine r
Reihe von Verbindungen mit »aktivem« Wasserstoff z u
reagieren ; die Reaktion ist ziemlich selektiv, und einig e
eigentümliche Beobachtungen sind in diesem Zusammen hang gemacht worden . Z . B . verläuft die Reaktion nur träge ,
wenn Malonm ethylester statt des Athylesters verwendet
wird, und obgleich Magnesium viel leichter mit Methyl alkohol als mit Athylalkohol reagiert, verläuft die Bildun g
von Methoxymagnesiummalonester aus Mg, Malonester
und Methylalkohol sehr langsam . Noch auffälliger ist es ,
dass Cyanessigester, der eine ziemlich starke Säure is t
(ungefähr wie Cyanwasserstoff) in alkoholischer Lösung da s
ZECHMEISTER und Rom, Ann . 468, 117 (1929). - ZECHMEISTER un d
TRUKA, Ber . 63, 2883 (1930) .
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese .
7
Metall nur sehr träge angrifft . Über Versuche mit solche n
Verbindungen wird später berichtet werden .
Äthoxymagnesium-malonester setzt sich mit vielen Halogenverbindungen und ähnlichen Stoffen um . In der gegenwärtigen Abhandlung beschränken wir uns darauf, ein e
Reihe von typischen Synthesen zu beschreiben, welche di e
Leistungsfähigkeit und die Begrenzung dieser neuen For m
der Malonestersynthese beleuchten sollen . Die Beispiel e
können beliebig vermehrt werden . Wir haben uns au f
organische Halogenverbindungen beschränkt ; auch anorganische Halogenide können jedoch in Betracht kommen ,
und wir beabsichtigen, später solche Reaktionen z u
untersuchen .
In zahlreichen Fällen ist die neue Form der Malonestersynthese der klassischen weit überlegen, während sie i n
anderen versagt . Die komplexe Natur
der Magnesiumverbindung bewirkt, dass gewisse Halogenide nicht oder
zu langsam reagieren, um für Synthesen in Frage kom men
zu Rönnen, ' und im allgemeinen verlaufen die Re -
aktionen mit MgM viel milder als mit Natriummalonester . Die Löslichkeit von MgM in Äther bedingt, das s
eine Reihe von Synthesen, die bisher bei Anwendun g
von Suspensionen von Natriummalonester in Äther ode r
Benzol heterogen und oft mit mageren Ausbeuten ver liefen, jetzt homogen und sehr glatt durchgeführt werde n
können .
Es soll hinzugefügt werden, dass wir auch versuch t
haben, Aluminium für solche Synthesen anzuwenden ,
bisher jedoch ohne Erfolg . Aluminiummalonester wird seh r
leicht gebildet, ist aber anscheinend zu komplex, um mit
den gewöhnlichen Halogenverbindungen reagieren zu
können .
8
Nr . 9 .
HAI{ON LUND, A . UCH HANSEN und A . F . VOIGT :
Die im Versuchsteil beschriebenen Synthesen bilden
zwei Gruppen : Reaktionen in alkoholischer Lösung un d
Reaktionen in Ätherlösung .
A . Reaktionen i Alkohollösung .
Die untersuchten Halogenverbindungen sind Alkyl halogenide und halogenierte Ketone und Säureester . Während die niedrigen Chlor- und Bromparaffine nicht oder nu r
schlecht reagieren, setzen sich Jodide (und Alkylsulphate )
ziemlich glatt mit MgM um . Es hat sich als eine wahrscheinlich allgemeine Regel herausgestellt, dass Chlor- un d
Bromverbindungen, in welchen ein dein halogentragende n
Kohlenstoffatom benachbartes C-atom an C oder O doppelgebunden ist, glatt reagieren . Während also Äthyl- un d
Propylbromid nicht - oder allzu träge - auf MgM ein wirken, reagieren Äthyljodid, Allylbromid, Benzylchlori d
(indem die genannte Doppelbindung auch eine »Benzoldoppelbindungo sein kann), Chloressigester, w-Bromacetophenon etc . willig und mit vorzüglichen Ausbeuten . Di e
Reaktionen verlaufen wahrscheinlich nach den folgende n
Gleichungen :
RX + C 2H 5OMgCH (COOC 2H5)2 = RC (MgX) (COOC 2H5)2
+ C 2 H 5O H
RX + RC (MgX) (COOC 2 H5) 2 = R 2C (COOC 2H5)2 -{-MgX2.
Wenn man 2 Mol RX auf das Reaktionsprodukt vo n
1 Atom Magnesium und 2 Mol Malonester einwirken lässt ,
entsteht ein Gemisch von unsubstituiertem, mono- un d
disubstituiertem Malonester, qualitativ ganz wie in de r
klassischen Synthese, quantitativ anscheinend etwas zu gunsten der Bildung von dem disubstituierten Ester . Die
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese .
9
grössten Vorteile der neuen Form treten bei der Darstellun g
von symmetrisch disubstituierten Malonestern hervor oder bei der Einführung eines zweiten Substituentes i n
einen bereits monosubstituierten Malonester . Diese Vorteil e
sind in der Hauptsache die folgenden :
1. Die Einführung von zwei Substituenten erfordert nur
eine Operation .
2. Die Menge des als Lösungsmittel verwendeten Al kohols ist nur ein kleiner Bruchteil der in der klassische n
Syntheseform notwendigen .
3. Die Handhabung und die Bemessung von Magnesiu m
ist bequemer als von Natrium .
4. Die Ausbeuten sind im allgemeinen sehr hoch, oft
90 0/ 0 der Theorie .
5. Wenn das Metall gelöst ist, kann das Halogenid au f
einmal zugesetzt werden, die Reaktion verläuft ruhig un d
erfordert kein Überwachen (kein Stossen oder dgl) .
Es sei hier bemerkt, dass sekundäre und tertiäre Halo genide bei der neuen wie übrigens auch bei der alte n
Synthese nur ein Wasserstoffatom in der Methylengrupp e
zu substituieren vermögen ; es liegt somit ein Fall »sterische r
Hinderung« vor .
B . Reaktionen in nicht-alkoholischer Lösung .
Viele Halogenverbindungen, z . B . Säurechloride, reagieren schnell mit Alkohol, weshalb man mit ihnen nich t
in alkoholischer Lösung arbeiten kann . Man hat deshalb
bisher alkoholfreien Natriummalonester in Äther suspendiert und dann das Halogenid zugefügt . Dieses Verfahre n
ist nicht bequem, und oft treten unerwünschte Nebenreaktionen ein . Wenn aber MgM in der beschriebenen Weise
10
Nr . 9,
HAKON
LUND, A . UCH
HANSEN und A . F . VOIGT :
dargestellt ist, kann man unschwer den Alkohol entfernen
und die Magnesiumverbindung in Äther - der sich nac h
unseren Erfahrungen als das beste Reaktionsmedium be währt hat - auflösen . Eine Titration ergibt leicht den Ge halt der Lösung an MgM . Das Halogenid wird dann i n
theoretischer Menge vorsichtig zugesetzt, und die Reaktio n
verläuft in allen untersuchten Fällen glatt, gewöhnlich nac h
der Gleichung :
RCOC1 + C 2 H 5 OMg . CH (COOC 2 H 5 ) 2
= RCO • C (MgCl) (COOC 2 H 5 ) 2 1 + C 2H 5 OH .
Der gebildete Chlormagnesiumacylmalonesler wird gewöhnlich nicht von dem Säurechlorid angegriffen ; nur bei m
Phthalylchlorid - und wahrscheinlich auch bei analoge n
Chlorid en zweibasischer Säuren - geht die Reaktion weiter
(siehe Versuchsteil) . Wenn das Reaktionsgemisch mit Wasser
behandelt wird, bildet sich Magnesiumchlorid und ein e
chlorfreie Magnesiumverbindung :
2 RCO . C (MgCl) ( CO OC2 H 5)2 + 6 H 20
MgC1 2 , 6 H 2 0 + (RCOC ( COO C2 H 5)2)2 M g ,
die von Wasser nicht hydrolysiert wird, aus der abe r
Säuren den Acylmalonester in Freiheit setzen . Die Aus beuten sind sehr gut . - Säureanhydride reagieren wie
die Chloride und geben ähnliche Ausbeuten .
Triphenylmethylchlorid, das auch mit Alkohol schnell
reagiert, gibt mit MgM in Ätherlösung eine ausgezeichnet e
Ausbeute an Triphenyimethylmalonester .
Während im allgemeinen eine zweite Acylgruppe nich t
in einen Acylmalonester eingeführt werden kann, geling t
1
Wahrscheinlich eine Enolverbindung .
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese. 1 1
es leicht, in einen monoalkylierten Malonester die Asyl gruppe einzuführen . Ein solcher Ester, der kein saure s
Wasserstoffatom mehr besitzt, ist natürlich nicht imstande ,
ein Magnesiumsalz zu bilden, sondern scheidet sich direk t
aus der Reaktionslösung aus .
Es wurde versucht, Toluolsulfonylmalonester aus Mg M
und Toluolsulfochlorid darzustellen, jedoch ohne Erfolg .
Aus der Lösung konnte Toluolsulfinsäure isoliert werden .
Die Untersuchung wird nach mehreren Richtungen fortgesetzt.
VERSUCHSTEI L
Athoxymagnesiummalonester (MgM) .
(»Grignard«) werden in einem
Halbliterkolben mit 32 g Malonester (0 .2 Mol) und 30-4 0
5 g Magnesiumspäne
ccm absolutem Alkohol übergossen und 0 .5 g Jod zugegeben .
Die Lösung wird zum Sieden erhitzt, bis das Jod verschwunden ist . Nach kurzer Zeit setzt eine Wasserstoffentwicklung
ein und wird bald sehr lebhaft . Dauert die Induktions periode zu lange, muss etwas mehr Jod zugesetzt werden .
Wenn die Reaktion stürmisch wird, taucht man den Kolbe n
in kaltes Wasser . Nachdem die heftige Reaktion beendet ist ,
wird das Gemisch auf dem Wasserbade erhitzt, bis da s
Metall so gut wie vollständig gelöst ist .
Sollen grössere Mengen - z . B . ein Mol - verarbeite t
werden, gibt man am Anfang zu dem Metall nur etw a
25 ccm des Alkohol-Malonester-Gemisches, mit 25 ccm Al kohol verdünnt, und, wenn die stürmische Reaktion nachgelassen hat, den Rest tropfenweise . Ohne diese Vorsichtsmassnahmen ist es kaum möglich, die Reaktion sicher z u
beherschen .
12
Nr . 9 .
HAKON LUND, A . Um HANSEN und A . F . VOIGT :
Beim Abkühlen kristallisiert die Magnesiumverbindun g
sehr willig aus . Sie kann bei Feuchtigkeitsausschluss ab filtriert werden . Im Exsikkator über Schwefelsäure getrocknet verwittern die anfangs klaren Kristalle, und Analysen geben etwas schwankende Zahlen für den Alkoholgehalt, jedoch ziemlich nahe 2 Mol Alkohol auf 1 Mol Malonester entsprechend . Mol-Gewicht gefunden bei Titrierun g
des mit Wasser freigemachten Magnesiumhydroxydes : 28 0
und 282 ; bei Glühen eines anderen Präparates und Wägen
des gebildeten Magnesiumoxydes : 273 . Die Forme l
C11H22O6Mg verlangt 274 .
Nach Trocknen bei . 80° wurde beim Glühen der Sub stanz die Mol-Gewichte 232 und 225 gefunden ; berechne t
für C 2H 5OMg•CH (COOC 2 H 5) 2 : 228 . Längeres Trocknen be i
80° bringt das Mol-Gew . noch weiter herunter - wir habe n
einmal 204 gefunden - aber die Verbindung ist dann nich t
löslich in Äther .
Bei Synthesen wird die Verbindung natürlich nicht
isoliert, sondern man gibt zu dem beim Abkühlen ent standenen Brei die Halogenverbindung auf einmal zu . Be i
gelindem Erwärmen lösen sich die Kristalle auf, und di e
Reaktion verläuft ruhig und wird auf dem Wasserbade i n
1 bis 3 Stunden beendet . Die gebildeten Magnesiumhalo genide bleiben gelöst .
A . Reaktionen in Alkohollösung .
1 . Reaktion mit Äthyljodid . Bildung von Diäthylmalon säureäthylester .
Zur Lösung von MgM (0 .2 Mol), in der eben beschriebenen Weise dargestellt, werden 66 g (0 .43 Mol) Äthyljodi d
gegeben und das Gemisch 3 Stunden auf dein Wasserbad e
erhitzt . Nach Kühlen werden etwa 100 ccm Wasser zage-
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese . 1 3
setzt . Einige ccm verdünnte Schwefelsäure bewirken sofortige Klärung der entstandenen Emulsion . Die wässrig e
Schicht wird mit Äther extrahiert, die Ätherlösung mit de r
Esterschicht vereinigt und mit Wasser gewaschen, getrockne t
und destilliert . Ausbeute 35 g Diäthylmalonester, Siedepunkt
221-223° ; in der Literatur wird 223° angegeben . Aus de m
Ester wurde ausserdem Veronal dargestellt, Schmp . 190° .
Bei einem Versuche wurde das Gemisch 14 Stunde n
zum Sieden erhitzt, aber die Ausbeute war dann gan z
gering, weil das gebildete Magnesiumjodid auf den Este r
verseifend gewirkt hatte (unter Bildung von Magnesium salze und Äthyljodid) . Aus der angesäuerten Ätherlösung
konnten bedeutende Mengen von nicht näher untersuchte n
Produkten mil Soda extrahiert werden .
2 . Åthylbromid, Propylbromid und Butylbromi d
gaben praktisch nur unveränderten Malonester, Butyl bromid jedoch 10-15 Prozent eines Gemisches von mono und disubstituiertem Ester .
3 . Reaktion mit Allylbromid . Bildung vo n
Diallylmalonester .
Aus 0 .2 Mol MgM und 0 .44 Mol Allylbromid wurde n
nach Erwärmen während 2 Stunden und Aufarbeitung wi e
oben 41 g Diallylmalonester, Sdp . bei 12 mm 128-130° ,
gewonnen . Ausbeute 86 °/ 0 der Theorie . Aus dem Ester
wurde Dial mit der richtigen Schmp . (169-70°) dargestellt .
4 . Reaktion mit Benzylchlorid . Bildung vo n
Dibenzylmalonester .
Aus 0 .2 Mol MgM und 0 .44 Mol Benzylchlorid wurden
61 .3 g HDibenzyhnalonester, Sdp .15 t„ n,
224-26°, gewon-
14
Nr . 9 .
HAKON LUND, A . UGH HANSEN und A .
F . VOIGT :
nen = 90 0!0 der Theorie . Sdp . für Dibenzylmaloneste r
wird zu 234° hei 23 mm angegeben e , während Monobenzylmalonester den Sdp19mm 169 °2 hat .
Aus 0 .1 Atom Mg, 0 .2 Mol Malonester und 0 .22 Mol Benzylchlorid wurden bei der Destillation im Vakuum zwische n
135 und 180° 24 g, hauptsächlich Monobenzylmalonester ,
und zwischen 180 und 230° 13 g, hauptsächlich Dibenzylmalonester, gewonnen . Die Methode eignet sich somi t
nicht gut für die Darstellung von Monobenzylmalonester .
5 . Reaktion mit Chloressigsäureäthylester . Bildung vo n
Propantetracarbonester (1, 2, 2, 3) .
0 .2 Mol MgM und 0 .42 Mol Chloressigester . Ausbeut e
56 g Propantetracarbonester, Sdp12mm 178-180°, = 87 0/ 0
d . Th . - Bei der Verseifung mit Salzsäure entstand i n
quantitativer Ausbeute Tricarballylsäure . Diese Synthesefolge bietet zweifellos die beste Darstellungsweise de r
Tricarballylsäure dar .
6 . Reaktion mit a-Brompropionsäureäthylester . Bildun g
von Propantr, icarbonester (1, 1, 2) .
Aus 1 .6 g Mg, 20 g Malonester, 20 ccm Alkohol un d
25 g a-Brompropionester wurden 19 .8 g Propantricarbonester erhalten, Sdpl2mn, . 148 50°, 60 0 / 0 d . Th . Das Produk t
siedete bei Atmosphärendruck bei 265-70° in Übereinstimmung mit den Angaben BISCHOFFS 3 , der die Verbindung
aus Natriummalonester und Brompropionester dargestell t
hat . Seine Ausbeute war auch 60 ° / 0 , jedoch in einem vierma l
grösseren Ansatz .
I
LEUGHS und RADULESGU, Ber . 45, 194 (1912) .
FITTIG und RönEns, Ann . 256, 92 (1890) .
Ber . 13, 2165 ; Ann . 214, 53 (1880) .
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese.
15
7 . Reaktion mil Phenacylbromid . Bildung vo n
Diphenacylmalonester .
Zur Lösung von 0 .1 Mol MgM wurden 0 .19 Mol Phenacylbromid, in abs . Alkohol (100 ccm) gelöst, gegeben . Di e
Reaktion ist recht lebhaft, und es empfiehlt sich, da s
Halogenid etwas vorsichtig zuzusetzen . Ausserdem ist es
im Unterschuss wegen seiner tränenerregenden Eigenschaf ten zu nehmen . Nach beendeter Reaktion scheidet sich
beim Abkühlen der Diphenacylmalonester, (C OH S COCH 2 ) 2C
(COOC 2 H 5 ) 2, nahezu rein aus . Nach Umkristallisieren au s
Alkohol wurden 31 .5 g = 84 ° / 0 d . Th . rein erhalten, Schmp .
119 .5-20° . KUES und
8.
PAAL'
geben 118-19° an .
Reaktion mit Chlormalonester .
Wenn Chlormalonester zum abgekühlten Brei von Mg M
gegeben wird, entsteht unter deutlicher Wärmetönung ein e
klare Lösung, aus der aber kein Äthantetracarbonester gewonnen werden konnte . Anscheinend trat nur die einfach e
Säure - Base- Reaktion : C 2H 5 OMg . CH (COOC 2 H 5 ) 22 + CHC 1
(COOC 2 H 5 ) 2 = C 2 H 5 OMg . CCl(COOC 2, H 5 ) 2 -1-CH 2 (COOC 2 H 5 ) 2
ein, indem Chlormalonester eine stärkere Säure ist al s
Malönester . Die gebildete Verbindung bleibt praktisch un verändert beim Kochen ihrer alkoholischer Lösung .
Über die Reaktion zwischen Magnesium und Chlormalonester in alkoholischer Lösung wird in einer spätere n
Abhandlung berichtet werden .
9 . Jo d
reagiert auffallenderweise nicht mit MgM .
1 Ber . 19, 3146 (1886) .
16
Nr. 9 .
HAKON LUNG,
A.
UCH HANSEN und A . F . VOIGT :
B . Reaktionen in Ätherlösung.
Eine alkoholfreie Lösung von MgM erhält man beque m
in der folgenden Weise :
25 g Magnesium werden in 160 g Malonester -H 180-19 0
ccm abs . Alkohol wie oben beschrieben gelöst. Die Hauptmenge des Alkohols wird unter vermindertem Druck ab destilliert, wonach 2-300 ccm trockenes Benzol zugegebe n
werden . Der Kolben wird mit einem Aufsatz versehen, un d
das konstant siedende Gemisch von Benzol und Alkohol
wird abdestilliert. Wenn die Temperatur im Aufsatz 80° erreicht hat, ist aller überschüssiger Alkohol entfernt . Da s
noch anwesende Benzol wird im Vakuum abgedampft . E s
hinterbleibt ein dicker Sirup, der in 500 ccm trockenem
Äther gelöst wird . Die Lösung ist nicht ganz klar ; nach 1
bis 2 Tagen hat sich beim ruhigen Stehen ein wenig Schlamm
abgesetzt, und man hat nun eine klare, gewöhnlich schwac h
gelbrot gefärbte Lösung . Für synthetische Zwecke ist es nich t
notwendig, die Klärung der Lösung abzuwarten . Der Gehalt
der Lösung an MgM kann folgendermassen bestimmt werden :
1 .00 ccm wird in einen Kolben, der 5 ccm Alkohol un d
5 .00 ccm 1-n Salzsäure enthält, gegossen und das Gemisc h
ein paar Minuten kräftig geschüttelt . Die entstandene Lösun g
wird mit 10-12 ccm Wasser verdünnt und mit 0 .2-n Natronlauge titriert, Indikator Methylrot oder Methylorange .
Eine in der genannten Weise dargestellte, ungefäh r
2-molare Lösung von MgM ist bei den
folgenden Ver-
suchen benutzt worden .
1 . Reaktion mit Benzoylchlorid . Bildung von
Benzoylmalonester .
Zu einer Lösung von 0 .1 Mol MgM wurde eine absolutätherische Lösung von 13 ccm Benzoylchlorid (0 .11 Mol)
Neue Anwendungen
von Magnesium in der
17
organischen Synthese .
langsam und unter Schütteln gegeben . Die Reaktion war
nach kurzer Erwärmung beendet . Es hatte sich ein gallertartiger Niederschlag gebildet, der sowohl Magnesium wi e
Chlor enthielt . 50 ccm Wasser wurden zugesetzt, und nach
kurzer Zeit schied sich ein kristallinischer Niederschla g
aus dem Äther aus . Das Gewicht dieser Substanz be trug 24 g ; sie bestand aus Magnesium-Benzoylmalonester ,
(C 6HSCOC (COOC2H5)2)2Mg . Der Körper kann aus wasserhaltigem Benzol umkristallisiert werden und enthält 3 Mo l
Kristallwasser . Schmp . 120 0 .5 .
0 .3434 g der lufttrockenen Kristalle verloren bei 100 °
0 .0290 g, berechnet für 3 H 2 O : 0 .0306 g .
Analyse der bei 100° getrockneten Substanz :
Gefunden
C, 61 .4 °/o ; H, 5 .53 ; Mg, 4 .4 4
Berechnet für C231301°-Mg C, 61 .1 0 / 0 ; H, 5 .50 ; Mg, 4 .4 2
Beim Schütteln einer ätherischen Suspension dieser Verbindung mit verdünnter Schwefelsäure wird Benzoylmalonester freigemacht und bei Vakuumdestillation rein er halten, Sdpizmm 187 90° . Ausbeute 18 .5 g
70 0 / 0 d,. Th .
Bei grösseren Ansätzen kann die Ausbeute zweifellos be deutend erhöht werden, und bei Einengen der ursprünglichen Ätherlösung kann noch ein wenig der Magnesiumverbindung gewonnen werden .
Schüttelt man eine ätherische Lösung von Benzoylmalonester mit einer wässrigen Lösung von Kupferacetat, färb t
sich der Äther intensiv grün, indem die in Äther leich t
lösliche Kupferverbindung des Benzoylmalonesters, Schmp .
180°, gebildet wird .
Vid . Selsk. Math .-fys . Medd. XII, 9 .
2
18
NC . 9 .
HAKON LUND, A . UCH HANSEN und
A.
F . VOIGT :
2 . Reaktion mit Acetylchlorid . Bildung vo n
Acetylmalonester .
Aus 1/6 Mol MgM und 1/6 Mol (12 ccm) Acetylchlori d
wurden nach Zusatz von verdünnter Schwefelsäure 30 g
reiner Acetylmalonester, Sdpi?mm 118-20°, Sdp76°mm 232 236°, gewonnen . Ausbeute 88 °/ 0 d . Th .
Die zuerst gebildete Magnesiumverbindung lässt sic h
hier nur schwierig analysenrein isolieren ; dagegen ist di e
Reindarstellung der entsprechenden Kupferverbindung seh r
einfach, indem sie sich aus verdünntem Alkohol umkristallisieren lässt, Schmp . 124° .5 . Leicht löslich in Äther .
Analyse :
Gefunden C, 46 .6°/ 0 ; H, 5 .54°/ 0 ;
Cu (als CuO) 13 .67°/°
Ber . für C ,8 H 26 0 1oCu . . C, 46 .4°/ 0 i H, 5 .58°/ 0 ; Cu, 13 .7°/ °
Das Semicarbazon wird gebildet, wenn man Acetylmalonester mit einer wässrigen Lösung von Kaliumaceta t
und salzsaurem Semicarbazid unter zeitweisem Schüttel n
einige Stunden stehen lässt . Aus Äther umkristallisier t
schmilzt es bei 104-105° .
Analyse :
Gefunden
Berechnet für C 10 H ,7 0 5 N 3
C, 46 .7 0 /o ; H, 6 .69 0 / 0
C, 46 .3 0 / 0 ; H, 6 .63 0 /0
Durch Hydrolyse mit Schwefelsäure, Oxydation mit
Jodsäure und Destillation von Ammoniak nach
VEIBEL
1
wurde das Mol-Gewicht des Semicarbazons zu 261 ermittelt ,
während die Formel 259 verlangt . - Bei Erwärmung mit
Wasser wird das Semicarbazon unter Bildung eines kristallinischen, noch nicht näher untersuchten Körpers zersetzt .
1
Bull . Soc. Chim . (4) 41, 1410 (1927) .
Neue Anwendungen
Das
von Magnesium in der
organischen Synthese . 1 9
2 .4-Dinitropheny1hydrazon
des Acetylma-
lonesters wurde beim Schütteln von Acetylmalonester mit
einer salzsauren Lösung von Dinitrophenylhydrazin er halten . Schmp . nach Umkristallisation aus Alkohol 147° .
Analyse :
Gefunden
C, 47 .4 °/ 0 ; H, 4 .80 0 / 0
Berechnet für G 15 H 18 0 8 N 4
C, 47 .2 ° / 0 ; H, 4 .75 0 / 0
3 . Reaktion mit p-Nitrobenzoylchlorid . Bildung vo n
p-Nitrobenzoylmalonester .
Wenn p-Nitrobenzoylchlorid in Ätherlösung zu Mg M
getropft wird, entsteht augenblicklich ein gelber Nieder schlag, der zweifellos die Chlormagnesiumverbindung vo n
p-Nitrobenzoylmalonester ist, jedoch nicht analysenrein er halten wurde . Beim Behandeln mit Wasser wurde die reine,
chlorfreie Magnesiumverbindung erhalten, die, mit Äthe r
gewaschen und aus Aceton unter Zusatz von Äther um kristallisiert, den Schmp . 238° zeigte . Eine Suspension i n
Äther, mit verdünnter Schwefelsäure behandelt, liefert e
nach Verjagen des Äthers ein gelbliches Öl, das nicht ohn e
vollständige Zersetzung destilliert werden konnte, jedoc h
reiner Nitrobenzoylmalonester war .
Analyse :
Gefunden
C, 54 .6 °/o ; H, 4 .89 0 / 0
Berechnet für G14H1507N G, 54 .4 0 / 0 ; H, 4 .90 0 / 0
4 . Reaktion mit Phthalylchlorid . Bildung vo n
Ph.thalylmalonester .
Zu einer siedenden Lösung von 0 .1 Mol MgM in Äther
wird durch den Kühler tropfenweise 0 .1
Mol Phthalyl-
chlorid gegeben . Die Reaktion ist wenige Minuten nach de m
2'
20
Nr . 9 . HAKON LUND, A . HCH HANSEN und A . F . VOIGT :
mit Wasser treib t
man den Äther auf dein Wasserbade ab und kristallisier t
den beine Kühlen bald erstarrenden Rückstand aus Alkohol
letzten Zusatz beendet . Nach Schütteln
um. Reiner Phthalylmalonester, C SH4 \CO jC (COO C2 H 5) 2
C = C ( COOC 5 H 5)2 ,
oder C GH4 < \
Schmp . 74° .5, wird so i n
CO O
einer .Ausbeute von 23 g = 75 °1 ° gewonnen. Die Schmelz e
der Substanz zeigt sehr schön das bereits von WISLICENUS '
beschriebene eigentümliche Verhalten beim Kristallisieren :
Die Kristallisation setzt an vereinzelten Punkten ein und e s
bilden sich Seeanemonen-ähnliche Kristallaggregate .
Bei der bisherigen Darstellungsweise dieses Körpers
(WisLucENus, loc . cit .) aus Natriummalonester und Phthalyl chlorid in Äther entstehen nebeneinander und in ungefäh r
gleichen Mengen drei Stoffe, nämlich ausser dem Phthalylmalonester »Phthalyldimalonester« und »Phthaloxylmalonester«, deren Trennung und Reindarstellung mühsam un d
zeitraubend waren . Das neue Verfahren macht die seh r
interessante Verbindung, deren Konstitution noch nich t
, endgültig festgestellt ist 2 , sehr leicht zugänglich. Wir beabsichtigen später zu untersuchen, ob sich die zwei anderen
Körper unter geeigneten Umständen einzeln darstellen lassen .
Aller Wahrscheinlichkeit nach erlaubt das Verfahre n
auch analoge Verbindungen wie z . B . Succinylmalonester
darzustellen .
5 . Reaktion mit Essigsäureanhydrid .
Wenn Acetylchlorid durch die entsprechende Meng e
Essigsäureanhydrid ersetzt wird, lässt sich die oben ange 1
Ann . 242, 26 (1887) .
2 SCHEIBEE, Ann . 389, 121 (1912) ; Ber .
AUFFENBERG, Ber . 51, 1106 (1918) .
53, 898
(1920) . AUwERS
un d
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese . 2 1
gebene Vorschrift für die Darstellung des Acetylmalonester s
ohne Änderung zu seiner Darstellung . aus MgM und Essigsäureanhydrid übertragen . Die Ausbeute ist nicht geringer .
6 . Reaktion mit Triphenylmethylchlorid . Bildung von
Triphenylmethylmalonester .
Zur Lösung von 0 .1 Mol MgM in Äther wurden 0 .09 Mol
Triphenylmethylchlorid (25 g) in 150 ccm Äther gegeben .
Nach kurzer Zeit entstand ein kristallinischer Niederschlag .
Das Gemisch wurde einige Minuten zum Sieden erhitz t
und, nach Kühlen, mit Wasser und verdünnter Schwefel säure versetzt, wobei sich zwei klare Schichten bildeten .
Die Ätherschicht wurde schnell vom Wasser getrennt . Sehr
bald begann die Ausscheidung der Kristalle des Triphenylmethylmalonesters . Die Ätherlösung wurde in Eiswasse r
gekühlt . 26 g reiner Ester wurden abfiltriert . Aus der Mutter lauge konnten noch 5 g isoliert werden . Der Körper kann
sehr schön aus Alkohol umkristallisiert werden . Schmp .
133°, Ausbeute 86 °/0 d . Th .
HENDERSoN 1 hat Triphenylmethylmalonester mit der selben Schmp . aus Natriummalonester und Triphenylmethylbromid in Äther dargestellt .
C . Versuche mit Isopropylmalonester .
Isopropylmalonester reagiert in Alkohol mit Magnesiu m
wie Malonester, wenn auch etwas langsamer . 0 .1 Mol Este r
setzte sich in vier Stunden, auf dein Wasserbade erhitzt ,
mit ungefähr 2 .4 g (0 .1 Atom) Magnesium um . Die gebildete Verbindung konnte nicht kristallinisch erhalte n
werden, sondern bildete nach der Entfernung des Alkohol s
J . Chem . Soc . 1887, 225 .
22
Nr . 9 .
HAKON
LUND, A . Ucn
HANSEN
und A . F . VOIGT :
eine glasige Masse . Eine Magnesiumbestimnung ergab fü r
dieses Produkt das Molgewicht (pro Atom Mg) 285, währen d
die Formel C 22 H 5 OMgC (C 3 H 7 ) (COOC 2 H 5 ) 2 270 entspricht .
Für Synthesen braucht man nicht mehr als 1/2 Ato m
Magnesium pro Mol Isopropylmalonester anzuwenden .
Die folgenden Versuche werden hier als Typen ange führt :
1 . Reaktion mit Allylbromid . Bildung vo n
Allylisopropylmalonester .
Aus 1 .3 g Magnesium (0 .054 Atom), 20 g Isopropyl-
Mol) und 20 ccm Alkohol wurde ein e
Lösung dargestellt und 0 .1 Mol Allylbromid zugegeben . Bei
malon.ester (0 .1
der gewöhnlichen Methodik wurden 21 .8 g Allylisopropyl malon.ester, Sdp s , n, m 115-118°, gewonnen . Ausbeute 90 0 / 0
d . Th . Der Ester wurde mit Harnstoff zu Allylisopropylbarbitursäure kondensiert, die den richtigen Schmp ., 138°,
zeigte .
2 . Reaktion in Ätherlösung mit Benzoylchlorid . Bildun g
von Benzoyl-isopropylmalonester .
0 .1 Mol der Magnesiumverbindung wurde wie oben dar gestellt und der Alkohol mit Benzol verjagt . Der Rückstan d
wurde mit Äther verdünnt, 0 .1 Mol Benzoylchlorid zugesetzt, und das Gemisch 2 Stunden auf dem Wasserbad e
erhitzt . Nach Behandeln mit Wasser und verdünnte r
Schwefelsäure wurde die ätherische Lösung mit Sodalösun g
geschüttelt, getrocknet und eingeengt . Der Rückstand wurd e
in Ligroin gegossen, und nach kurzer Zeit kristallisierte di e
neue Verbindung rein aus . Ausbeute 23 g = 75 0 / 0 d . Th .
Schmp . 66° .5 .
Neue Anwendungen von Magnesium in der organischen Synthese . 2 3
Analyse :
Gefunden
C, 66 .4 0/ 0 ; H, 7 .04 0 / 0
Berechnet für C 17 H 22 O 5
C, 66 .6 °fo ; H, 7 .18 0 / 0
Benzoylisopropylmalonester färbt eine Ferrichloridlösun g
nicht . Ein Semic.arbazon konnte nicht erhalten werden .
3.
Triphenylmethylchlori d
konnte nicht mit Athoxymagnesium-isopropylmaloneste r
zur Reaktion gebracht werden .
Wir sind dem Direktor des Universitätslaboratoriums ,
Herrn Professor, Dr . EINAR BIILMANN, für gute Arbeitsbedingungen und dem Carlsbergfond für ökonomisch e
Unterstützung zu Dank verpflichtet .
færdig
fra Trykkeriet den 16 . .lavnar 1934.